会仙岩溶湿地生态环境演替机制研究

如题所述

根据以上分析、研究结果可以看出,会仙岩溶湿地的演替或生态环境变迁(湿地退化)是自然与人类活动综合作用的结果。但是,在不同的区域、不同发展演化阶段或历史时期,主宰湿地演化的动力(或湿地演化机制)是不同的。

在湿地形成和发展的早期地质历史中,即桂林内陆盆地的解体到全新世早期,自然条件的变化,尤其是气候变化对湿地的演化起主导作用。新生代以来,桂林的气候变化也经历了多次的冷暖、干湿交替过程[17,58],对湿地的生态环境变化有着重要的影响。但自从人类历史以来,尤其是唐代修建相思埭以后有记录的人类历史以来,人类活动就在不同程度上参与了湿地生态环境的演化过程,而最近40年的人类经济活动的加剧更是湿地退化的主要原因。根据对寺湖、狮子潭湖泊沉积岩心、历史记录和遥感研究结果,将会仙岩溶湿地近2000年来的生态环境演化大致划分为3个阶段。

1.早期阶段(史前—唐代长寿元年)

这个时期存在一个以临桂县会仙镇睦洞湖、督龙湖、分水塘以及寺湖等为中心的大型浅水湖泊和沼泽[57],湿地内没有人类活动的记载,湿地生态环境的变化主要受自然条件,尤其是气候,变化的控制。

2.中期阶段(唐代长寿元年—20世纪50年代)

这是自然条件与人类活动对湿地生态环境演变共同起作用的时期,具有明显的区域分带性。

湿地的核心区——会仙睦洞、分水塘、督龙塘和莲塘等地,受人类活动影响明显。自公元692(唐代长寿元年)在会仙岩溶湿地修建相思埭起,人类便开始规模性地介入并影响本区湿地生态环境的演化。虽然相思埭经历了1351年(元代)一度被冲毁、清雍正九年(1731年)后的多次拓展和维修,但这一古代伟大的水利工程与灵渠一起沟通中原与岭南、西南的交通,在古代军事和商业互通中发挥了巨大作用外,但其对湿地生态环境的影响同样不可忽视。这种影响包括:① 破坏了湿地原有的水文格局,造成湿地地表水的流失(或疏干),以及由此带来人类对湿地无计划的盲目开发;② 对湿地水文过程、水资源储蓄的影响;③ 相关的移民及因此而破坏性地开发利用水、土、动植物资源等。因此,在较大程度上干扰了湿地自然环境演化进程。这些人类活动在湿地上述地区的沉积记录中有明显体现。以与作为相思埭水利控制中心的分水塘直接连通的狮子潭为例,其沉积环境记录揭示:1810年以前为逐步沼泽化环境,TOC,TN,TP特别高,指示降水明显减少或地下水补给明显减少,人类活动加剧,可能与1810年前相思埭的开凿、修建及其维修(包括在冯家与狮子山之间开挖明渠直接引八仙湖水作运河水源)造成湿地地表、地下水位下降、水资源流失和狮子山岩溶地下河的断流有关;清康乾盛世(1681~1796年)以后清朝政府逐渐衰败,官僚腐败、内忧外患使国力散尽,已无力维护相思埭的运转,相思埭基本处于半荒废状态,因此,1810年又逐步恢复为湖泊状态,其后(一直持续到1990年)虽然于1863~1872年间有过短暂富营养化过程,但指示水生植被繁茂的Cricotopus相对丰度大致一直保持在较高水平上,摇蚊属种构成稳定,生物多样性指数高,说明该时期内湿地水生植被丰富,生态系统稳定,水质保持良好,1863~1872年间的富营养化程度总体较低。

相反,寺湖位于会仙岩溶湿地西部的相思江流域(清水江中游),水系独立,基本不受相思埭水文条件的影响,近450年来一直为湖相沉积,沉积记录主要揭示了气候环境对湿地生态环境的影响,表现在:① 1562~1703年间(特别是在1574~1630年期间)磷元素的含量处于最低且稳定状态,TOC和TN均为低值,没有富营养化现象,反映出当时的湖泊大体是处于自然演化阶段,人类活动干扰不明显;Mg/Sr 和Mg/Ca比值由高向低的波动则反映该地区经历了小冰期中的多次冷暖和干湿的气候波动,其中冷干气候阶段降水较少而气候较干的特征明显,不利于湿地的发育,而小冰期中的暖波动期间,尽管降水减少,但水体中Ca离子浓度高,带给湖泊丰富的Ca元素等沉积。② 1703~1894年期间,寺湖Mg/Sr 比值缓慢而略有升高且保持稳定,表示气温变化不大,Mg/Ca比值也呈现缓慢而略有升高之势,意味着降水较多(降水多使Ca离子浓度降低),气候总体表现为冷湿的特征(在1850~1880年有干的波动),有利于湿地的发育,植物残体分解慢、保存较好,TOC和TN值相对较高,磷元素的沉积含量略有增加但仍然较低,尤其是1895年以后其TOC,TN,TP值再次出现低值,表明湖泊仍处于自然演化阶段。

3.近期阶段(20世纪50年代初至今)

在20世纪后半叶,虽然气候持续变暖,尤其是1955~1964年和1985~1990年的持续干旱(图5-1,图5-2),对湿地的生态环境变化有明显影响,但人类经济活动成为以湿地面积不断萎缩(退化)为标志的湿地生态环境演替的主导因素,对湿地的发育、保护影响巨大。具体表现在:

1)沉积年代学研究表明,寺湖、狮子潭的平均沉积速率为1.4~1.7mm/a,表明整个区域的沉积背景速率较低(可能与本湿地及其周边的岩石成分为纯碳酸盐岩、碎屑物质来源匮乏、成土能力差有关),但1952~1963年寺湖的平均沉积速率达3.1 mm/a,可能与1952年的土地改革和1958~1960年大炼钢铁、“大跃进”运动中的大规模土地开垦及毁林活动导致的湖区周围水土流失,大量的侵蚀物质被带入湖中有关。

2)20世纪80年代寺湖沉积物中Mg/Sr 和Mg/Ca比值处于较小波动和基本稳定状态,反映小冰期过后气候变化稳定(气温缓慢升高、降水量大),TOC和TN值也快速升高,尤其是1990年以后达到稳定高值阶段,磷元素的沉积迅速增加(由原来的700mg/kg增加到近2000mg/kg),富营养程度较高,主要是人类活动影响的显现。现场调查和资料分析表明,该时期人类的耕种范围逐步扩大,湖泊养鸭和周边村庄的耕地有机肥追肥和生活废水污染等人类活动强烈,对湿地生态环境的影响明显。20世纪70年代初是狮子潭生态环境的转折点,湖泊沉积物中摇蚊种属构成发生了明显的变化,指示富营养化水平的摇蚊属种Chironomus plumosus相对丰度迅速增加,至1990年达到极大值22.5%,而指示中营养水平的Chironomus anthracinus-type和指示贫营养型湖泊的Tanytarsus Chinyensis-type相对丰度持续下降至0,显然处于一种富营养化状态。其原因尚有待进一步分析,但1973年相思埭排涝工程(东疏西堵)的竣工无疑对湿地生态系统产生了重要影响。但总体上分析,2004年前狮子潭富营养化水平相对较低(生物多样性指数达到最高的4.25),水生态系统相对稳定,水生植物比较繁茂,水质较好,并未达到水质明显恶化的阈值。而2004年后狮子潭水体营养水平有所降低,摇蚊种类数、生物多样性指数和个体密度明显减少,水生植被减少,可能由于某些有毒有害物质的进入或其他因素的影响,导致水生态系统结构发生了明显改变。寺湖、狮子潭自20世纪90年代以来TOC,TN,TP含量都快速上升,尤其是磷元素沉积含量迅速增加,指示了区域内人类活动的加剧,如农田肥料使用量逐步增大,生活污水和工业废水对地区环境影响加大,湖泊富营养化快速发展,反映出强烈的人类活动已干扰了自然演变的过程,这和近20年的区域发展过程是相吻合的。

3)遥感调查统计结果(表5-4)表明,在调查统计的130km2范围内,1969年各类自然岩溶湿地(不包括地下河、地下湖泊等地下岩溶湿地)总面积约4200hm2,到2006年,各类自然湿地的总面积仅存1456.5hm2(37年内平均每年减少约74.15hm2),共减少各类自然湿地2743.5hm2(包括沼泽与水草地2653hm2,湖泊池塘水域193hm2)。按核心区湿地演替统计结果(表5-5)推算,所消失的2653hm2沼泽与水草地中,有66%被开发成耕地,约25%被开发成鱼塘;所消失的193hm2湖泊池塘水域中,60%被开发(圈围)为鱼塘和养殖场,38.7%被开垦成水田。实地调查与遥感分析表明,对湿地的破坏性开发主要有3种方式:① 围湖造田、围塘(或开挖沼泽)养鱼(图5-27);② 开挖沟渠→疏干湿地地表水→砍伐或烧毁湿地植被→开垦耕地(图5-28);③ 填湖(沼泽)建厂房或修建公路等(图5-29)。

根据以上分析,可以看出,如果说自然条件的变化(主要是全球变暖和降雨量减少、灾害性气候等)对会仙岩溶湿地生态环境的演化有着重要影响,是诱发湿地退化的原因之一,那么人类活动则是造成会仙岩溶湿地退化的直接原因或控制因素。因此,在当前气候持续变暖、降水有所减少、不利于湿地发育的条件下,更要加强对湿地的保护,严格限制人类活动对湿地的干扰和破坏,因势利导,强化改善湿地的水利工程建设,以保护好桂林会仙这片久负盛名的岩溶湿地。

图5-27 湿地开发方式

图5-28 疏干湿地毁林拓荒

湿地的保护与修复的关键是制定相关的保护措施或法规,在最大程度保护现有湿地的基础上,通过恢复湿地原有的水文格局,并配合相应的补水工程、适度退耕还湿、退(鱼)塘还湖和限制人类的过度开发,以及通过对湿地生态修复的关键技术的研究,以生态观光等绿色产业为主要手段,对湿地进行有序开发。政府在湿地的保护、规划和生态修复中应该发挥积极的主导作用。

图5-29 湿地开发方式

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